ジンクフィンガー（ZF）、多くの真核生物のタンパク質に存在する構造モチーフです。彼らは彼らが彼らの操作に必要な亜鉛金属イオンをバインドすることができるので、彼らは金属タンパク質のグループに属しています。1,500を超えるZFドメインは、ヒトの約1,000の異なるタンパク質に存在すると予測されています。
ジンクフィンガーまたは「ジンクフィンガー」という用語は、1985年にMiller、McLachlan、およびKlugによって最初に作られたもので、数年前に他の著者が記述したXenopus laevis転写因子TFIIIAの小さなDNA結合ドメインを詳細に研究しています。 。
タンパク質のジンクフィンガーモチーフのグラフィック表現（Thomas Splettstoesser（www.scistyle.com）、Wikimedia Commons経由）
ZFモチーフを持つタンパク質は、真核生物のゲノムの中で最も豊富であり、遺伝子転写、タンパク質翻訳、代謝、他のタンパク質や脂質の折りたたみや組み立てなど、さまざまな必須の細胞プロセスに参加しています。とりわけ、プログラムされた細胞死。
構造
ZFモチーフの構造は非常に保存されています。通常、これらの反復領域は30〜60個のアミノ酸を含み、その二次構造は、ヘアピンを形成する2つの逆平行ベータシートと、ββαと呼ばれるアルファヘリックスとして見られます。
前記二次構造は、疎水性相互作用によって、および2つのシステインと2つのヒスチジン残基（Cys 2 His 2）によって与えられる亜鉛原子の配位によって安定化されます。ただし、CysとHisの残基の順序が異なる複数の亜鉛原子と他の亜鉛原子を調整できるZFがあります。
ZFは、同じタンパク質で直線的に構成されたバッチで繰り返すことができます。すべて類似の構造を持っていますが、それらの機能を実現するための鍵となるアミノ酸残基のバリエーションによって、互いに化学的に区別することができます。
ZFの共通の特徴は、さまざまな長さのDNAまたはRNA分子を認識する能力です。そのため、当初は転写因子としてのみ考えられていました。
一般に、認識はDNAの3bp領域で行われ、ZFドメインタンパク質がDNA分子の主な溝にアルファヘリックスを提示することで実現されます。
分類
性質によって互いに異なるさまざまなZFモチーフと、亜鉛原子との配位結合によって実現されるさまざまな空間構成があります。分類の1つは次のとおりです。
C
これはZFでよく見られるモチーフです。ほとんどのC 2 H 2モチーフはDNAおよびRNAとの相互作用に特異的ですが、タンパク質間相互作用に関与することが観察されています。それらは25〜30アミノ酸残基を有し、哺乳動物細胞における調節タンパク質の最大のファミリー内に見られる。
ジンクフィンガードメインC2H2の一次構造、亜鉛イオンを調整する結合、および「手と指」の背景を持つ結合（AngelHerraez、Wikimedia Commons経由）
C
それらはRNAおよび他のいくつかのタンパク質と相互作用します。それらは主にいくつかのレトロウイルスキャプシドタンパク質の一部として見られ、複製直後のウイルスRNAのパッケージングを支援します。
C
このモチーフを持つタンパク質は、DNAの複製と転写に関与する酵素です。これらの良い例は、T4およびT7ファージ粗酵素である可能性があります。
C
このZFファミリーには、細胞発生中に多数の組織で重要な遺伝子の発現を調節する転写因子が含まれています。たとえば、GATA-2と3つの因子が造血に関与しています。
C
これらのドメインは、典型的な酵母、GAL4タンパク質であり、ガラクトースとメリビオースの使用に関与する遺伝子の転写を活性化します。
ジンクフィンガー（C
これらの特定の構造は、ZFドメインの2つのサブタイプ（C 3 HC 4およびC 3 H 2 C 3）を持ち、多数の動物および植物タンパク質に存在します。
それらは、真核生物のDNA修復に関与するRAD5などのタンパク質に含まれています。それらは免疫グロブリンの再構成に不可欠なRAG1にも見られます。
H
ZFのこのドメインは、レトロウイルスとレトロトランスポゾンの統合において高度に保存されています。標的タンパク質に結合することにより、構造変化を引き起こします。
特徴
ZFドメインを持つタンパク質は、さまざまな目的で使用されます。リボソームタンパク質または転写アダプター上にあります。それらはまた、酵母RNAポリメラーゼIIの構造の不可欠な部分として検出されています。
それらは、細胞内亜鉛恒常性とアポトーシスまたはプログラムされた細胞死の調節に関与しているようです。さらに、他のタンパク質のフォールディングまたは輸送のためのシャペロンとして機能するいくつかのZFタンパク質があります。
脂質への結合とタンパク質間相互作用における重要な役割も、一部のタンパク質ではZFドメインの顕著な機能です。
バイオテクノロジーの重要性
長年にわたり、ZFドメインの構造的および機能的な理解により、バイオテクノロジーの目的でそれらの特性を使用することを含む、大きな科学的進歩が可能になりました。
一部のZFタンパク質は特定のDNAドメインに対して高い特異性を持っているため、現在、特定のZFの設計に多大な労力が費やされており、人間の遺伝子治療に貴重な進歩をもたらすことができます。
興味深いバイオテクノロジーの応用は、遺伝子操作されたZFを用いたタンパク質の設計からも生じます。目的に応じて、これらの一部は「ポリジンク」フィンガーペプチドを追加することで変更できます。これらのペプチドは、実質的にあらゆるDNA配列を高い親和性と特異性で認識することができます。
ヌクレアーゼ修飾ゲノム編集は、今日最も有望なアプリケーションの1つです。このタイプの編集は、対象のモデルシステムで遺伝機能の研究を直接実行する可能性を提供します。
改変ZFヌクレアーゼを使用した遺伝子工学は、農学的に重要な植物の栽培品種の遺伝子改良の分野で科学者の注目を集めています。これらのヌクレアーゼは、タバコ植物で除草剤耐性型を生成する内因性遺伝子を修正するために使用されています。
ZFを含むヌクレアーゼは、哺乳動物細胞での遺伝子の追加にも使用されています。問題のタンパク質は、内因性遺伝子の一連の定義された対立遺伝子を持つ同質遺伝子マウスのセットを生成するために使用されました。
このようなプロセスは、新しい対立遺伝子形態のタグ付けと作成に直接適用され、ネイティブな発現条件および同質遺伝子環境における構造と機能の関係を研究します。
参考文献
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